I/O多路转接(select/poll/epoll)
1、I/O多路转接select
系统提供select函数实现多路复用的输入输出模型
select系统调用让程序监视多个文件描述符的状态变化，程序会暂停到select这里等待，直到被监视的文件描述符发送了状态变化
#include<sys/select.h> //头文件int select (int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds,
struct timeval *timeout )
参数解释：
nfds:用来限定监视区间（最大文件描述符+1）
rdset: 检测读事件的文件描述符集合
wrset:检测写事件的文件描述符集合
exset：检测异常事件的文件描述符集合
timeout：设置select的等待时间timeout取值
NULL：一直被阻塞直接文件描述发生变化
0：检测文件描述符状态立即返回
特定时间：等待时间fd_set结构 //位图（取fd_set为一个字节，每一bit对应一个文件描述符fd）
提供操作fd_set的一组接口，来操作位图
void FD_CLR(int fd, fd_set *set) //清除set中fd相关位
int FD_ISSET(int fd, fd_set *set) //检测set相关位
void FD_SET(int fd, fd_set *set) //设置set相关位
void FD_ZERO(fd_set *set) //清除set全部位socket就绪条件
读就绪
1、 socket内核中，接收缓冲区字节数大于等于低标记，无阻塞读。
2 、 socket的TCP通信中，对端关闭连接，对socket，读返回0。
3 、 监听的socket中有新的连接请求。
4 、 socket上有未处理的错误。
写就绪
1、 socket内核中，发生缓冲区可用字节数大于等于低标记，无阻塞写。
2、 socket的写操作被关闭，对一个写操作被关闭的socket进行写操作出发管道（SIGPIPE）信号。
3、 socket使用非阻塞connect连接成功或失败之后。
4、 socket上有未读取的错误。
select的特点
可监控文件描述符的大小取决于sizeof(fdset)的值
将fd加入select监控集的同时，使用array[ ]保存select监控集中的fd
1用于select返回，arrary[]和fdset进行FD_ISSET判断
select的缺点
1、每次调用select都要手动设置fd集合，从接口使用角度来说也便（设置监听集合）
2、每次调用select都要把fd集合从用户态拷到内核态，开销比大（告诉内核我要监听那些数据）
3、每次调用select都需要在内核态遍历传进来的所有fd，开销大（检测有那些监听的数据发生了变化）
4、select支持文件描述符数量太小。
2、I/O多路转接poll
函数poll
#include<poll.h>
int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout)参数说：
fds: poll函数监听的结构体 包含 1文件描述符，2监听事件集合，3返回事件合
nfds：数组长度
timeout:表示poll函数超时间间
socket就绪条件 （同select）
poll的优点
1、pollfd结构包含监视事件/发生事件，不再使用select“参数-值”传递方式（不需要重新设置和添加）
2、poll并没有最大数量限制（但是数量过大后性能也会下降）
poll的缺点
poll监听的文件描述符数目增多时
1、和select函数一样，poll返回后，需要轮询pollfd获取就绪的描述符
2、每次调用poll都需要把大量的pollfd结构从用户态拷贝到内核中
3、同时连接大量客户端某时刻可能只有少数的就绪状态，因此效率可能会下降
I/O多路转接epoll
epoll相关系统调用
1、epoll_create
创建epoll句柄，用完后必须调用close( )关闭
epoll_create
int epoll_create(int size)2、epoll_ctl
epoll的事件注册函数
不同于之前select（）是在监听事件时告诉内核要监听什么类型的事件，而这里是先注册事件的类型。
epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)参数说明：
epfd: 是epoll_create（）的返回值
op: 表示动作，用三个宏来表示（注册 / 修改/ 删除）
fd: 表示需要监听的fd
event： 告诉内核需要监听什么事件
3、epoll_wait
收集在epoll监控的事件中已经发生的事件
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event* events,
int maxevents, int timeout)参数说明：
events: 取就绪事件的文件描述符信息赋值到events中 （数组）
maxevents: 告诉内核events数组有多大（不能超过创建时size的大小）
timeout:超时时间
返回结果
函数调用成功，返回准备好的文件描述符数目，返回0则超时，小于0失败。
epoll工作原理
epoll模型图
epoll的使用总结
1、调用epoll_create()创建一个epoll句柄
2、调用epoll_ctl（）将监控的文件描述符进行注册
3、调用epoll_wait（）等待文件描述符就绪
epoll的优点
1、文件描述符无上限：
通过epoll_ctl（）注册一个文件描述符，内核使用红黑树来管理所有需要i就安康的文件描述符
2、基于事件的就绪通知方式：
一旦被监听的某个文件描述符就绪，内核采用回调机制激活文件描述符。
3、维护就绪队列：
当文件描述符就绪，会被放到内核中的一个就绪队列中，调用epoll_wait就绪文件描述符的时候，只要获取队列中的元素即可。时间复杂度0(1)
epoll的使用场景
对于多连接，且多连接中只有一部分连接比较活跃时，比较适合使用epoll
例如：典型的一个需要处理上万个客户端的服务器
例如：各互联网APP的入口服务器
epoll的工作方式
水平触发（LT）边缘触发（ET）
1、epoll默认状态下是LT工作模式
例如：
当epoll检测到socket上事件就绪的时候，可以不立刻处理，或只处理一部分
直到所有的数据处理完epoll_wait才不会立刻返回
支持阻塞读写和非阻塞读写
特点：一直通知，分多次读，支持阻塞/非阻塞读写
2、边缘触发ET工作模式
例如：
当epoll检测到socket上事件就绪的时候，必须立刻处理
ET模式下事件只有一次处理的机会
ET的性能比LT更高（epoll_wait，返回的次数更少）Nginx默认采用ET模式的epoll
只支持非阻塞的读写
特点：变更才通知，一次读完，非阻塞读写
ET模式为什么是非阻塞读写？
ET模式只处理一次，即一直读完或出错为止，如果读完了缓冲区数据时对端并没有关闭写端，read函数会一直阻塞，影响其他fd以及后序逻辑。
所以此时fd设置为非阻塞，当没有数据时read读不到数据但是不会被阻塞，可以继续处理后序逻辑。